Что такое фотоэффект
Фотоэффект — явление вырывания электронов из вещества под действием света. Открытый Герцем в 1887 году и объяснённый Эйнштейном в 1905-м (именно за это он получил Нобелевскую премию, а не за теорию относительности), фотоэффект стал одним из краеугольных камней квантовой физики.
Загадка, которую не мог объяснить классическая физика
Классическая волновая теория предсказывала: яркий свет любой частоты должен выбивать электроны — нужно только набрать достаточно энергии. Но эксперименты показали странное: красный свет сколь угодно большой яркости не вырывает электроны из натрия, а слабый ультрафиолет — вырывает. Была пороговая частота, ниже которой эффект исчезал полностью.
Объяснение Эйнштейна
Эйнштейн предложил революционную идею: свет состоит из квантов (фотонов), каждый с энергией E = hν, где h — постоянная Планка, ν — частота. Фотон либо передаёт всю энергию одному электрону, либо не передаёт ничего. Для вылета электрона энергия фотона должна превысить работу выхода (А) — минимальную энергию, удерживающую электрон в металле.
Формула Эйнштейна: Eк = hν − A (кинетическая энергия вылетевшего электрона). Если hν < A — фотоэффекта нет, сколь угодно ярок свет.
Применения
Солнечные батареи — фотоэффект преобразует солнечный свет в электричество. Фотоны выбивают электроны в полупроводнике, создавая ток. Фотодатчики и ПЗС-матрицы в цифровых фотоаппаратах: каждый пиксель — маленькая ячейка, регистрирующая фотоны. Ночное видение, солнечные панели, медицинская диагностика — фотоэффект везде.